Das Konzept von ELSA

Die Hauptaufgabe von ELSA ist das Erzeugen eines kontinuierlichen Elektronenstahls von bis zu 3,5 GeV. Dies unterscheidet ELSA von den meisten anderen Beschleunigern, die einen gepulsten Strahl liefern.

Seit 1967 existiert ein gepulstes 2,5-GeV-Synchrotron mit einer Wiederholrate von 50 Hz am Physikalischen Institut der Universität Bonn. Dieses Synchrotron wird jetzt als Injektor für den Stretcherring ELSA verwendet, wo der gepulste Strahl in einen kontinuierlichen Strahl umgewandelt wird. Der Stretcherring ist hauptsächlich ein Speicherring, in dem der Strahl aus dem Synchrotron bis zur nächsten Injektion gespeichert werden kann. Während dieser Zeit kann er kontinuierlich zu den Experimenten extrahiert werden.

Da das alte Synchrotron als Injektor weiter verwendet werden konnte, war es möglich, diesen Stretcherring deutlich preiswerter zu bauen, als andere Einrichtungen, die einen kontinuierlichen Strahl liefern, wie z. B. der rezirkulierende Linearbeschleuniger am JLAB. Allerdings ist die extrahierte Strahlintensität um einige Größenordnungen kleiner. Dadurch ist ELSA besonders für Experimente mit getaggten Photonen geeignet, die nur kleine Elektronenströme benötigen. Mit diesem Konzept war ELSA der erste Beschleuniger mit hohem Tastverhältnis für Energien von bis zu 3,5 GeV. Den Traditionen des Physikalischen Instituts folgend ist ELSA als eine Maschine konzipiert worden, bei der die Studenten am Design und der Konstruktion mitarbeiten. Dieses Konzept und die Tatsache, dass keine Erfahrungen mit einem Stretcherring dieser Größe existierten, erklären, dass eine relativ lange Zeit verging, bis die ersten Mittelenergieexperimente an ELSA beginnen konnten. Andererseits sind die geringen Kosten von 20 Millionen DM für den Stretcherring einschließlich der Gebäude eine bemerkenswerte Konsequenz aus der Beteiligung der Studenten.

Das alte 2,5-GeV-Synchrotron dient als Injektor mit einer maximalen Transfer-Energie von 1,6 GeV. ELSA selbst kann in drei verschiedenen Modi betrieben werden:

• Bis zu max. 1,6 GeV kann der Stretcher-Modus verwendet werden. Die Extraktionsenergie ist in diesem Modus identisch mit der Transferenergie.
• Der Nachbeschleunigermodus kann Elektronen mit einer Energie von bis zu 3,5 GeV liefern. Der Transfer vom Synchrotron zum Stretcherring erfolgt normalerweise bei 1,2 GeV. Da während der Rampzeit kein Strahl an die Experimente geliefert werden kann, werden vor jeder Energierampe mehrere Injektionen aus dem Synchrotron in ELSA akkumuliert, um das Tastverhältnis zu erhöhen.

• Im dritten Modus wird ELSA als Speicherring für Synchrotronlichtexperimente verwendet. Typischerweise werden Speicherzeiten von einigen Stunden bei Energien von 1,6 bis 3,0 GeV erreicht.

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